Công tắc hành trình là gì? Cấu tạo, Phân loại, Ứng dụng
Công tắc hành trình là thiết bị điện điều khiển dòng điện công suất nhỏ được sử dụng phổ biến trong các hệ thống cơ khí và tự động hóa công nghiệp. Thiết bị này hoạt động dựa trên sự tác động cơ học từ các bộ phận chuyển động của máy móc lên cần gạt hoặc nút nhấn của công tắc, từ đó đóng hoặc ngắt tiếp điểm điện để thực hiện chức năng điều khiển.
Công tắc hành trình thường được sử dụng để giới hạn vị trí hoặc hành trình chuyển động của thiết bị cơ khí, giúp máy móc tự động dừng, đảo chiều, thay đổi tốc độ hoặc thực hiện chuyển động tuần hoàn theo khoảng cách cài đặt sẵn. Nhờ khả năng hoạt động ổn định, độ bền cao và phản hồi nhanh, công tắc hành trình được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống băng tải, máy CNC, cửa tự động, van điều khiển khí nén, thang máy và dây chuyền sản xuất tự động hóa.
Định nghĩa công tắc hành trình
Trong các hệ thống điều khiển điện và tự động hóa công nghiệp, công tắc hành trình là thiết bị được sử dụng để điều khiển tuần tự, điều khiển vị trí và phát hiện trạng thái hoạt động của thiết bị cơ khí. Ngoài ra, công tắc hành trình còn có chức năng kiểm soát hành trình và bảo vệ giới hạn an toàn cho máy móc trong quá trình vận hành. Cấu tạo cơ bản của công tắc hành trình bao gồm đầu tác động, hệ thống tiếp điểm và vỏ bảo vệ.
Trong thực tế sản xuất, công tắc hành trình thường được lắp đặt tại các vị trí giới hạn đã được xác định trước trên máy móc hoặc dây chuyền tự động hóa. Khi bộ phận chuyển động của thiết bị tác động vào cần gạt hoặc đầu kích hoạt của công tắc, các tiếp điểm bên trong sẽ thay đổi trạng thái đóng hoặc ngắt mạch điện điều khiển. Vì vậy, công tắc hành trình được xem là thiết bị điện hoạt động dựa trên vị trí chuyển động cơ học, với nguyên lý vận hành tương tự như nút nhấn điện.
Công tắc hành trình được sử dụng rộng rãi trong các loại máy công cụ, hệ thống nâng hạ, băng tải, cửa tự động và thiết bị cơ khí công nghiệp nhằm điều khiển hành trình và bảo vệ giới hạn cuối. Trong hệ thống thang máy, thiết bị này còn được sử dụng để kiểm soát tốc độ đóng mở cửa cabin, giới hạn hành trình cửa tự động và bảo vệ vị trí giới hạn trên – dưới của cabin thang máy.
Thiết bị có thể được lắp đặt trên các bộ phận cố định như khung máy, tường hoặc khung cửa, cũng như trên các bộ phận chuyển động như xe nâng, cửa trượt hoặc cơ cấu truyền động. Khi vật thể chuyển động tiếp cận vị trí cài đặt, cơ cấu tác động của công tắc sẽ kích hoạt các tiếp điểm điện, làm thay đổi trạng thái đóng hoặc mở của mạch điều khiển, từ đó điều khiển hoạt động của thiết bị hoặc hệ thống tự động hóa tương ứng.
Các loại công tắc hành trình và đặc điểm
Công tắc hành trình dân dụng thông thường
Trong các dòng công tắc hành trình phổ thông hiện nay, các model như LX19-001/111 thuộc dòng LX19, LXK3-20S/T thuộc dòng LXK3 và JLXK1-111/411/511 thuộc dòng JLXK1 được sử dụng khá phổ biến trên thị trường. Những dòng sản phẩm này được người dùng lựa chọn nhiều nhờ thiết kế đơn giản, dễ lắp đặt, hoạt động ổn định và giá thành hợp lý. Công tắc hành trình thông thường phù hợp với các ứng dụng cơ bản trong máy móc cơ khí, băng tải, cửa tự động và hệ thống điều khiển dân dụng.
Công tắc hành trình nhập khẩu
Các dòng công tắc hành trình nhập khẩu như WL, HL, D4V và SZL-WL được đánh giá cao nhờ chất lượng hoàn thiện tốt, độ chính xác cao và khả năng hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Những sản phẩm này thường có tuổi thọ lớn, khả năng chống bụi và chống nước tốt, thích hợp cho các hệ thống tự động hóa yêu cầu độ tin cậy cao. Tuy nhiên, giá thành của công tắc hành trình nhập khẩu thường cao hơn so với các dòng sản xuất thông thường.
Công tắc hành trình chịu nhiệt độ cao
Đối với môi trường nhiệt độ cao như nhà máy thép, lò nung hoặc dây chuyền nhiệt luyện, công tắc hành trình chịu nhiệt là lựa chọn phù hợp. Trong đó, dòng YNTH là một trong những dòng công tắc hành trình chịu nhiệt được sử dụng phổ biến. Thiết bị có khả năng hoạt động ổn định ở nhiệt độ lên tới khoảng 350°C. Tuy nhiên, khi nhiệt độ môi trường tăng cao, tuổi thọ của công tắc sẽ giảm dần. Để đảm bảo độ bền và độ ổn định, cần giảm tải hoạt động khi nhiệt độ vượt quá 300°C.
Công tắc hành trình chống nước
Dòng công tắc hành trình chống nước YNFS(TZ) nổi bật với thiết kế nhỏ gọn, độ nhạy cao và khả năng làm kín tốt. Sản phẩm có khả năng chống nước, chống dầu và chống ăn mòn hiệu quả, phù hợp với môi trường ẩm ướt hoặc làm việc dưới nước. Đây là dòng công tắc hành trình được sử dụng phổ biến trong các hệ thống xử lý nước, máy móc ngoài trời và các ứng dụng công nghiệp đặc biệt yêu cầu khả năng chống nước cao.
Phân loại công tắc hành trình theo cấu tạo
Theo cấu tạo và cơ chế tác động, công tắc hành trình được chia thành các loại phổ biến như:
Công tắc hành trình tác động trực tiếp.
Công tắc hành trình dạng con lăn.
Công tắc hành trình vi động.
Công tắc hành trình dạng kết hợp.
Mỗi loại sẽ phù hợp với từng điều kiện vận hành và yêu cầu kỹ thuật khác nhau trong hệ thống điều khiển tự động và máy móc công nghiệp.
Công tắc hành trình tác động trực tiếp
Công tắc hành trình tác động trực tiếp có nguyên lý hoạt động tương tự nút nhấn cơ, tuy nhiên thay vì thao tác bằng tay thì công tắc được kích hoạt thông qua sự va chạm của bộ phận chuyển động trong máy móc. Khi chi tiết cơ khí tác động lên cần hoặc nút nhấn của công tắc, hệ thống tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái đóng/mở để điều khiển mạch điện. Sau khi bộ phận chuyển động rời khỏi vị trí tác động, tiếp điểm sẽ tự động trở về trạng thái ban đầu nhờ lực đàn hồi của lò xo hồi vị.
Loại công tắc hành trình này có cấu tạo đơn giản, độ nhạy cao và được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điều khiển tự động, máy công cụ, băng tải, cửa tự động, thang máy và thiết bị cơ khí công nghiệp.
Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình tác động trực tiếp gần giống với công tắc nút nhấn, tuy nhiên tốc độ đóng mở tiếp điểm phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của cơ cấu máy. Vì vậy, loại công tắc này không phù hợp với các ứng dụng có tốc độ chuyển động quá thấp (dưới 0,4 m/phút), do tốc độ tách tiếp điểm chậm có thể gây phát sinh hồ quang điện và làm giảm tuổi thọ tiếp điểm.
Cấu tạo của công tắc hành trình tác động trực tiếp
Công tắc hành trình tác động trực tiếp thường bao gồm các bộ phận chính sau:
Thanh đẩy (cần tác động)
2 & 4. Lò xo hồi vị
Tiếp điểm thường đóng (NC)
Tiếp điểm thường mở (NO)
Khi có lực tác động từ cơ cấu chuyển động của máy, thanh đẩy bị ép xuống làm thay đổi trạng thái của hệ thống tiếp điểm. Sau khi lực tác động biến mất, lò xo hồi vị sẽ đưa cơ cấu trở lại vị trí ban đầu, khôi phục trạng thái tiếp điểm như cũ.
Công tắc hành trình kiểu con lăn
Ở công tắc hành trình kiểu con lăn, khi chốt chặn (hoặc bộ phận giảm chấn) của cơ cấu chuyển động tác động vào con lăn, cơ cấu truyền động bên trong sẽ quay, làm cho cam tác động lên cơ cấu tiếp điểm. Khi lực tác động đạt đến một mức nhất định, công tắc vi mô sẽ chuyển trạng thái một cách nhanh chóng. Khi chốt chặn rời khỏi con lăn, lò xo hồi vị sẽ đưa công tắc trở về vị trí ban đầu.
Loại công tắc này có thể chia thành loại tự hồi vị một con lăn và loại hai con lăn. Với loại một con lăn, công tắc có khả năng tự động reset nhờ lò xo. Tuy nhiên, với loại hai con lăn, việc reset không tự động mà cần chốt chặn tác động theo hướng ngược lại để đưa công tắc về trạng thái ban đầu.
Khi khối chặn trên máy tác động vào thanh con lăn, cơ cấu truyền động sẽ quay, làm cam chuyển động và đẩy thanh tác động, từ đó kích hoạt nhanh các tiếp điểm bên trong công tắc. Khi thiết bị chuyển động quay trở lại, toàn bộ cơ cấu sẽ được lò xo hồi vị đưa về trạng thái ban đầu.
Cấu tạo của công tắc hành trình kiểu con lăn
1: Con lăn
2: Tay đòn trên
3, 5 và 11: Lò xo
4: Ống lót
6: Ròng rọc
7: Tấm ép
8 & 9: Điểm tiếp xúc
10: Tấm ngang
Công tắc hành trình kiểu con lăn sử dụng cơ cấu con lăn để tiếp nhận lực tác động từ chốt chặn hoặc cơ cấu chuyển động của máy. Khi con lăn bị ép, hệ thống tay đòn và trục quay sẽ truyền lực vào cơ cấu cam bên trong, làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm điện. Sau khi lực tác động biến mất, các lò xo hồi vị sẽ đưa toàn bộ cơ cấu trở lại vị trí ban đầu.
Công tắc hành trình kiểu con lăn được chia thành hai loại chính: loại một con lăn tự động đặt lại và loại hai con lăn (kiểu sừng) không tự động đặt lại. Loại hai con lăn có hai vị trí ổn định và có chức năng “bộ nhớ”, giúp duy trì trạng thái làm việc trong một số ứng dụng đặc thù và có thể đơn giản hóa mạch điều khiển.
Công tắc giới hạn loại vi mạch
Cấu tạo của công tắc hành trình kiểu vi mạch
Minh họa cấu tạo của công tắc hành trình kiểu vi mạch, ví dụ dòng LXW-11 thường dùng:
1: Thanh đẩy
2: Lò xo
3: Tiếp điểm thường mở (NO)
4: Tiếp điểm thường đóng (NC)
5: Lò xo nén
Công tắc vi mạch hoạt động dựa trên nguyên lý cơ cấu vi chuyển động tác động lên hệ tiếp điểm bên trong. Khi lực tác động đủ lớn, cơ cấu lò xo sẽ biến dạng nhanh, làm thay đổi trạng thái tiếp điểm tức thời, đảm bảo độ chính xác cao và phản hồi nhanh trong điều khiển tự động.
Phân loại theo mục đích sử dụng
Công tắc hành trình đa năng:
Ví dụ các dòng JW2, JW2A, LX19, LX31, LXW5, 3SE3, v.v. Chủ yếu được sử dụng để điều khiển hành trình và chương trình trong máy công cụ, máy sản xuất và dây chuyền tự động.
Công tắc hành trình cho thiết bị nâng hạ:
Ví dụ dòng LX22, LX33. Chủ yếu dùng để giới hạn hành trình di chuyển của thiết bị nâng hạ và các máy móc phụ trợ trong ngành luyện kim và công nghiệp nặng.
Ứng dụng trong đời sống
Công tắc hành trình được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện dân dụng và công nghiệp, chủ yếu đóng vai trò như một cơ cấu bảo vệ liên động nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị.
Trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, công tắc hành trình thường được lắp tại cửa hoặc nắp máy. Trong quá trình vắt, lồng giặt quay với tốc độ rất cao. Nếu cửa hoặc nắp bị mở đột ngột, công tắc hành trình sẽ ngay lập tức kích hoạt tín hiệu ngắt, làm dừng động cơ hoặc kích hoạt cơ chế phanh, giúp ngăn ngừa tai nạn do tiếp xúc với bộ phận đang quay.
Trong các thiết bị như máy ghi âm hoặc máy quay video (băng từ), công tắc hành trình được sử dụng để phát hiện trạng thái cuối băng. Khi băng chạy đến điểm cuối, lực căng tăng đột ngột sẽ kích hoạt công tắc, khiến hệ thống tự động dừng lại, tránh làm hỏng băng hoặc cơ cấu truyền động. Trong trường hợp này, công tắc không hoạt động dựa trên va chạm cơ học trực tiếp mà dựa trên sự thay đổi lực căng của băng, nhưng vẫn đảm bảo chức năng giới hạn hành trình và bảo vệ thiết bị.
Ứng dụng trong ngành công nghiệp
Công tắc hành trình chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi chuyển động cơ học thành tín hiệu điện, từ đó thay đổi trạng thái hoạt động của động cơ và điều khiển chuyển động của cơ cấu chấp hành hoặc thực hiện điều khiển theo chương trình.
Trong lĩnh vực công nghiệp, công tắc hành trình đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống tự động hóa, thường kết hợp với PLC, rơ-le và các thiết bị điều khiển khác để tạo thành các dây chuyền sản xuất tự động có độ chính xác cao và mức độ an toàn lớn.
Trong máy công cụ, công tắc hành trình được lắp đặt tại các vị trí giới hạn hành trình của bàn máy, trục dao hoặc cơ cấu cấp phôi nhằm ngăn ngừa va chạm và bảo vệ thiết bị. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng để điều khiển chuyển động qua lại giữa hai vị trí xác định, giúp thiết bị hoạt động theo chu trình tự động liên tục.
Ví dụ, trong hệ thống xe đẩy vận chuyển vật liệu tự động, khi xe di chuyển đến điểm cuối, công tắc hành trình sẽ được kích hoạt để điều khiển cơ cấu dỡ tải. Sau khi hoàn tất, xe tự động quay về vị trí ban đầu, kích hoạt công tắc hành trình tại điểm xuất phát để bắt đầu chu trình nạp tải mới. Quá trình này lặp lại liên tục, hình thành dây chuyền sản xuất tự động hóa hoạt động ổn định, giảm thiểu tối đa sự can thiệp của con người và nâng cao hiệu suất sản xuất.
Công tắc vị trí
Công tắc vị trí, còn được gọi là công tắc hành trình, là thiết bị điện điều khiển dòng điện nhỏ được sử dụng phổ biến trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện vị trí, giới hạn hành trình và thực hiện các chức năng điều khiển tuần tự hoặc định vị trong mạch điều khiển điện.
Trong các hệ thống điều khiển, công tắc vị trí giúp xác định trạng thái làm việc của cơ cấu chuyển động, từ đó gửi tín hiệu phản hồi về hệ thống điều khiển để thực hiện các thao tác như dừng, đảo chiều hoặc chuyển trạng thái hoạt động của thiết bị.
Phân loại công tắc hành trình
Công tắc hành trình cơ khí (tiếp xúc trực tiếp):
Bao gồm công tắc hành trình và công tắc vi mô, hoạt động dựa trên sự tác động cơ học trực tiếp từ bộ phận chuyển động. Khi có va chạm hoặc lực tác động, tiếp điểm bên trong sẽ thay đổi trạng thái để tạo tín hiệu điều khiển.
Công tắc tiệm cận (không tiếp xúc):
Sử dụng nguyên lý cảm biến điện từ, từ trường hoặc cảm biến điện dung để phát hiện vị trí mà không cần tiếp xúc vật lý. Loại này có độ bền cao hơn do không bị mài mòn cơ khí và thường được sử dụng trong môi trường yêu cầu tốc độ cao hoặc độ chính xác lớn.
Một số mẫu công tắc hành trình (thị trường Việt Nam)
Công tắc hành trình chống nước DZ-31
Công tắc hành trình dòng JW2
Công tắc hành trình chịu nhiệt độ cao YNTH (dải nhiệt -10°C đến 350°C)
Công tắc hành trình chống nước YNFS (chuẩn bảo vệ IP67, có thể làm việc trong môi trường ẩm hoặc ngâm nước)
Công tắc hành trình dòng LL9Z-T235
Công tắc hành trình dòng LL6XCKN
Công tắc hành trình dòng LL1D4D-R
Công tắc hành trình dòng WL
Công tắc hành trình dòng D4B-N
Công tắc hành trình dòng LL8HL
Công tắc hành trình dòng ZE
Công tắc hành trình dòng LL1D4D-N
Công tắc hành trình dòng LL9Z-T256
Công tắc hành trình dòng LL9Z-T336
Công tắc hành trình dòng LL9Z-T335
Công tắc hành trình dòng LL9Z-T355
Công tắc hành trình dòng LXP1-100
Công tắc hành trình dòng LXP1-120
Công tắc hành trình dòng LXP1-303
Công tắc hành trình dòng LXP1-404
Công tắc hành trình dòng LL8E100
Công tắc hành trình dòng LL9Z-T236
Công tắc hành trình dòng LLJW65
Công tắc hành trình dòng LL3XCKP
Công tắc hành trình dòng LL3XCKT
Công tắc hành trình dòng LL3XCKD
Công tắc hành trình dòng LL3XCDR
Công tắc hành trình dòng LL8XCK-T
Công tắc hành trình dòng LL8XCK-P
Công tắc hành trình dòng LL8XCK-S
Công tắc hành trình dòng LL8XCK-J
Công tắc hành trình dòng LXK3-20S
Công tắc hành trình dòng LL8ME8000
Công tắc hành trình dòng LLJW57
Công tắc hành trình an toàn dòng CD4N
Công tắc hành trình dòng CD4NH
Công tắc hành trình dòng LL1D4D-S
Công tắc hành trình dòng LL8XCK-M
Công tắc hành trình dòng LL8E200
Công tắc hành trình dòng LL8E300
Công tắc hành trình dòng LXK3-20H
Công tắc hành trình dòng LXZ1 (loại kết hợp)
Công tắc hành trình dòng LL5XCM / LL5XCMN / LL5XCMD
Công tắc hành trình dòng LL5D4C
Công tắc hành trình dòng LL3XCKP-LL3XCKT-LL3XCKR
Công tắc hành trình dòng LL8XCK series (T / S / M / J)
Công tắc hành trình dòng LL9Z series (T235 / T236 / T256 / T335 / T336 / T355)
Công tắc hành trình lắp trên van cổng dao khí nén được dùng để giám sát vị trí đóng/mở của van. Khi lưỡi dao của van di chuyển đến điểm giới hạn, công tắc sẽ tác động và gửi tín hiệu điện về tủ điều khiển, giúp hệ thống xác nhận trạng thái làm việc và điều khiển dừng hoặc đảo chiều van một cách chính xác, an toàn.
